JPH11121821A

JPH11121821A - 振動アクチュエータの製造方法

Info

Publication number: JPH11121821A
Application number: JP28477297A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsumoto; 豪松本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】弾性体と電気機械変換素子とを確実に接合す
ることができ、かつ、振動特性を優れたものとすること
ができる振動アクチュエータの製造方法を提供する。【解決手段】弾性体１１の表面にペースト状のはんだ
１３が塗布された後に、弾性体１１及び圧電体１６が加
圧され加熱される。吸収シート３は、弾性体１１と圧電
体１６との接合面からはみ出した余分なはんだ１３を吸
い取った後に、弾性体１１及び圧電体１６から取り除か
れる。このために、超音波アクチュエータ１の振動特性
が変化したり、性能にばらつきが生ずるのを確実に防止
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性体と、この弾
性体に駆動力を発生させる電気機械変換素子とが接合さ
れた振動アクチュエータの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、圧電体や電歪素子な
どの電気機械変換素子（以下、圧電体という）と弾性体
とから構成された超音波アクチュエータが知られてい
る。この超音波アクチュエータは、交流電圧を圧電体に
印加すると、複数の振動モード、例えば、縦振動と屈曲
振動とを弾性体に調和的に発生する。その結果、弾性体
の表面に楕円運動が発生して、この弾性体が自走した
り、この弾性体に接する移動体を駆動したりする。この
ような従来の超音波アクチュエータは、熱硬化性樹脂な
どからなるエポキシ系接着剤やはんだ（半田）などによ
って、圧電体と弾性体が接合されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エポキシ系接
着剤を用いて圧電体と弾性体とを接合する場合には、接
着強度を十分なものとするために、２〜３時間にわたる
長い硬化時間が必要であった。また、圧電体と弾性体を
はんだによって接合する場合において、はんだの量が少
ないときには、圧電体と弾性体との間に隙間を形成して
しまう可能性があった。一方、はんだの量が多いときに
は、圧電体と弾性体との接合面からはんだがはみ出し
て、超音波アクチュエータの振動特性を変えてしまう可
能性があった。

【０００４】本発明の課題は、弾性体と電気機械変換素
子とを確実に接合することができ、かつ、振動特性を優
れたものとすることができる振動アクチュエータの製造
方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容
易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付
して説明するが、これに限定するものではない。すなわ
ち、請求項１の発明は、弾性体（１１）と、前記弾性体
に駆動力を発生させる電気機械変換素子（１６）とを、
接合剤によって接合する振動アクチュエータ（１）の製
造方法において、前記弾性体及び／又は前記電気機械変
換素子に接合剤（１３）を塗布する塗布工程（１０１）
と、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを密着させる
密着工程（１０２）と、前記弾性体と前記電気機械変換
素子とからはみ出した前記接合剤を吸収部材（３）によ
って吸収する吸収工程（１０３）と、前記弾性体及び前
記電気機械変換素子から前記吸収部材を除去する除去工
程（１０４）とを含むことを特徴とする振動アクチュエ
ータの製造方法である。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１に記載の振動
アクチュエータの製造方法において、前記密着工程は、
前記弾性体と前記電気機械変換素子とを加圧（１０２
１）及び／又は加熱する工程（１０２２）であることを
特徴とする振動アクチュエータの製造方法である。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記
吸収工程は、前記弾性体及び前記電気機械変換素子の接
合面からはみ出した前記接合剤を、前記弾性体及び／又
は前記電気機械変換素子の端面に密着させた前記吸収部
材によって吸収する工程であることを特徴とする振動ア
クチュエータの製造方法である。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータの製造
方法において、前記塗布工程は、はんだ（１３）を塗布
する工程であることを特徴とする振動アクチュエータの
製造方法である。

【０００９】請求項５の発明は、請求項１から請求項４
までのいずれか１項に記載の振動アクチュエータの製造
方法において、前記吸収工程は、前記弾性体及び前記電
気機械変換素子よりも前記接合剤に対するぬれ性が大き
い多孔質部材によって吸収する工程であることを特徴と
する振動アクチュエータの製造方法である。

【００１０】請求項６の発明は、請求項５に記載の振動
アクチュエータの製造方法において、前記吸収工程は、
メッシュ状の吸収シートによって吸収する工程であるこ
とを特徴とする振動アクチュエータの製造方法である。

【００１１】請求項７の発明は、請求項６に記載の振動
アクチュエータの製造方法において、前記吸収シート
は、金属製であることを特徴とする振動アクチュエータ
の製造方法である。

【００１２】請求項８の発明は、請求項７に記載の振動
アクチュエータの製造方法において、前記吸収シート
は、少なくとも前記接合剤と密着する部分が銅又は銅合
金であることを特徴とする振動アクチュエータの製造方
法である。

【００１３】請求項９の発明は、請求項７に記載の振動
アクチュエータの製造方法において、前記吸収シート
は、少なくとも前記接合剤と密着する部分がニッケル又
はニッケル合金であることを特徴とする振動アクチュエ
ータの製造方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）以下、図面を参照して、本発明の第１
実施形態について、さらに詳しく説明する。なお、以下
では、振動アクチュエータとして、超音波の振動域を利
用する超音波アクチュエータを例に挙げて説明する。図
１は、本発明の第１実施形態に係る超音波アクチュエー
タを示す斜視図である。

【００１５】超音波アクチュエータ１は、１次の縦振動
と４次の屈曲振動とを弾性体１１に調和的に発生して、
その縮退によって、弾性体１１の所定の位置から駆動力
を取り出すものである。超音波アクチュエータ１は、弾
性体１１と、はんだ１３によってこの弾性体１１に接合
された圧電体１６と、２つの駆動用電極１７ａ，１７ｂ
と、２つの振動モニタ用電極１７ｐ，１７ｐ’とから構
成されている。超音波モータ１は、例えば、板ばね、皿
ばね、コイルばねなどの図示しない加圧部材によって、
移動体２に加圧接触することで駆動力を得る。その結
果、超音波アクチュエータ１は、自走したり、移動体２
を駆動することができる。

【００１６】弾性体１１は、金属などからなる矩形平板
状の部材である。弾性体１１は、下面の屈曲振動の腹に
相当する位置に、駆動力を取り出すための駆動用突起部
１１ａ，１１ｂが形成されている。弾性体１１は、はん
だ１３に対するぬれ性が良好な点から、ニッケル（Ｎ
ｉ）や銅（Ｃｕ）合金が好ましい。

【００１７】圧電体１６は、圧電効果によって弾性体１
１を振動させて、この弾性体１１に駆動力を発生させる
駆動用圧電素子である。圧電体１６には、はんだ１３が
付着する側と反対側の表面に、ニッケル（Ｎｉ）又は銀
（Ａｇ）の駆動用電極１７ａ，１７ｂ及び振動モニタ用
電極１７ｐ，１７ｐ’が印刷されている。駆動用電極１
７ａ，１７ｂは、電気的に位相が９０度異なる交流電圧
を印加するためのものである。振動モニタ用電極１７
ｐ，１７ｐ’は、弾性体１１に発生する振動の状態をモ
ニタするためのものである。圧電体１６は、例えば、Ｐ
ＺＴ（商品名）と呼ばれるＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃から
なるセラミック材料である。

【００１８】はんだ１３は、弾性体１１と圧電体１６と
を接合するろう接用（ろう付け用）合金である。はんだ
１３は、鉄や銅と容易に合金をつくりやすく、主として
スズ（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）とを成分としている。はんだ
１３は、例えば、２〜９５％のスズと、残部が鉛とから
なり、少量のビスマス（Ｂｉ）や銀（Ａｇ）などを含む
ものであってもよい。

【００１９】つぎに、本発明の第１実施形態に係る超音
波アクチュエータの製造方法について説明する。図２
は、本発明の第１実施形態に係る超音波アクチュエータ
の製造工程を示す工程図である。図３は、本発明の第１
実施形態に係る超音波アクチュエータの製造工程を示す
斜視図である。

【００２０】本発明の第１実施形態に係る超音波アクチ
ュエータの製造工程は、図２に示すように、塗布工程１
０１と、加圧工程１０２１と加熱工程１０２２とからな
る密着工程１０２と、吸収工程１０３と、除去工程１０
４とから構成されている。なお、圧電体１６には、予め
駆動用電極１７ａ，１７ｂ及び振動モニタ用電極１７
ｐ，１７ｐ’が形成されているものとする。

【００２１】（塗布工程）塗布工程１０１は、弾性体１
１にはんだ１３を塗布する工程である。図３（Ａ）に示
すように、弾性体１１と圧電体１６とが接合される前
に、はんだ粉末及びフラックスを混合して糊状にしたペ
ースト状のはんだ（はんだペースト、ソルダクリーム）
１３が弾性体１１の表面に、所定の厚さで塗布される。

【００２２】（密着工程）密着工程１０２は、弾性体１
１と圧電体１６とを接合する工程である。この密着工程
１０２は、弾性体１１と圧電体１６とをはんだ１３を挟
み加圧する加圧工程１０２１と、弾性体１１及び圧電体
１６を加熱する加熱工程１０２２とからなる。図３
（Ｂ）に示すように、弾性体１１と圧電体１６とが加圧
されて、はんだ１３の溶融温度である１５０〜２００°
Ｃ程度に加熱される。

【００２３】（吸収工程）吸収工程１０３は、弾性体１
１と圧電体１６とからはみ出したはんだ１３を吸収シー
ト３によって吸収する工程である。図３（Ｃ）に示すよ
うに、加熱工程１０２１及び加圧工程１０２２と略同時
に、弾性体１１及び圧電体１６の端面に吸収シート３が
密着される。

【００２４】吸収シート３は、弾性体１１と圧電体１６
とを接合する際に、これらの接合面（端面）からはみ出
したはんだ１３を吸収するためのものである。吸収シー
ト３は、はんだ１３と接触したときに、このはんだ１３
が容易に付着して広がり（拡散、なじみ）やすく、弾性
体１１及び圧電体１６よりも、はんだ１３に対するぬれ
性（濡れ性）が大きい多孔質部材が好ましい。吸収シー
ト３は、例えば、ぬれ性の大きいメッシュ状の金属製の
シートが好ましく、特に、ニッケル（Ｎｉ）又はニッケ
ル合金が好ましい。また、吸収シート３は、はんだ１３
に対するぬれ性に優れている点から、少なくともはんだ
１３と密着する表面部分を銅（Ｃｕ）又は銅合金とする
ことが好ましい。

【００２５】弾性体１１及び圧電体１６の接合面（端
面）からはみ出した余分なはんだ１３は、これらよりも
ぬれ性が大きい吸収シート３によって吸い取られる。

【００２６】（除去工程）除去工程１０４は、弾性体１
１及び圧電体１６から吸収シート３を除去する工程であ
る。吸収シート３は、図３（Ｄ）に示すように、余分な
はんだ１３を十分に吸い取った後に、弾性体１１及び圧
電体１６から取り除かれる。その後に、弾性体１１及び
圧電体１６は、室温まで冷却されて、はんだ１３によっ
て接合される。

【００２７】本発明の第１実施形態に係る超音波アクチ
ュエータの製造方法は、以下に記載する効果を有する。（１）本発明の第１実施形態は、弾性体１１と圧電体
１６との接合面からはみ出したはんだ１３を、吸収シー
ト３によって吸い取っている。このために、弾性体１１
と圧電体１６とに隙間ができないように、はんだ１３の
量を多くした場合であっても、これらの接合面からはみ
出したはんだ１３を吸収シート３によって確実に吸い取
ることができる。その結果、弾性体１１及び圧電体１６
を適量なはんだ１３によって接合することができる。ま
た、接合面からはみだしたはんだ１３によって、超音波
アクチュエータ１の振動特性が変化したり、超音波アク
チュエータ１の性能がばらついたりするのを防止するこ
とができる。

【００２８】（２）本発明の第１実施形態は、多孔質
部材であるメッシュ状の吸収シート３によって、はんだ
１３を吸い取っている。このために、吸収シート３は、
弾性体１１及び圧電体１６よりも、はんだ１３に対する
ぬれ性を大きくすることができる。

【００２９】（３）本発明の第１実施形態は、吸収シ
ート３のはんだ１３と密着する部分が銅若しくはニッケ
ル又はニッケル合金若しくは銅合金である。このため
に、はんだ１３に対するぬれ性の大きいこれらの金属に
よって、はんだ１３の吸い取り能力を向上することがで
きる。

【００３０】（４）本発明の第１実施形態は、弾性体
１１と圧電体１６とをはんだ１３を挟み加圧している。
このために、これらの加圧量を調整することによって、
はんだ１３の厚さを任意の厚さとすることができる。ま
た、はんだ１３の量を正確に調整しなくても、これらの
接合面からはみ出した余分なはんだ１３を吸収シート３
によって吸い取り除去することができる。

【００３１】本発明は、以上説明した実施形態に限定す
るものではなく、以下に記載するように、種々の変形又
は変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内
である。（１）本発明の実施形態は、弾性体１１と圧電体１６
とをはんだ１３によって接合する場合を例に挙げて説明
したが、はんだ１３以外の接合剤についても本発明を適
用することができる。

【００３２】（２）本発明の実施形態は、弾性体１１
側にはんだ１３を塗布しているが、圧電体１６又は双方
に、はんだ１３を塗布してもよい。また、接合剤の種類
によっては、加圧工程１０２１又は加熱工程１０２２の
いずれか一方を省略することもできる。

【００３３】（３）本発明の実施形態は、図３に示す
ように、弾性体１１及び圧電体１６の端面に吸収シート
３を密着する場合を例に挙げて説明しているが、これに
限定するものではない。例えば、図１に示すように、弾
性体１１と圧電体１６との端面が一致しない場合には、
これらの一方の端面に吸収シート３を密着しても、はん
だ１３を吸収することができる。また、吸収シート３
は、弾性体１１にはんだ１３を塗布する前に、又は、弾
性体１１と圧電体１６とを加圧する前に、これらの端面
と密着する位置に予め取り付けておいてもよい。

【００３４】（４）本発明の実施形態は、１次の縦振
動と４次の屈曲振動による弾性体１１の縮退を利用した
超音波アクチュエータ１を例に挙げて説明したが、他の
振動を合成したものであっても、本発明を適用すること
ができる。

【００３５】（５）本発明の実施形態では、駆動用電
極１７ａ，１７ｂ及び振動モニタ用電極１７ｐ，１７
ｐ’を１枚の圧電体１６に設けているが、各電極を形成
した領域毎に４つの圧電体を別個に配置することもでき
る。

【００３６】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、弾性体と電気機械変換素子とを確実に接合するこ
とができ、かつ、振動特性に優れた振動アクチュエータ
を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波アクチュエ
ータを示す斜視図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る超音波アクチュエ
ータの製造工程を示す工程図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係る超音波アクチュエ
ータの製造工程を示す斜視図である。

【符号の説明】

１超音波アクチュエータ３吸収シート１１弾性体１３はんだ１６圧電体１７ａ，１７ｂ駆動用電極１７ｐ，１７ｐ’ 振動モニタ用電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性体と、前記弾性体に駆動力を発生さ
せる電気機械変換素子とを、接合剤によって接合する振
動アクチュエータの製造方法において、前記弾性体及び／又は前記電気機械変換素子に接合剤を
塗布する塗布工程と、前記弾性体と前記電気機械変換素子とを密着させる密着
工程と、前記弾性体と前記電気機械変換素子とからはみ出した前
記接合剤を吸収部材によって吸収する吸収工程と、前記弾性体及び前記電気機械変換素子から前記吸収部材
を除去する除去工程と、を含むことを特徴とする振動アクチュエータの製造方
法。
【請求項２】請求項１に記載の振動アクチュエータの
製造方法において、前記密着工程は、前記弾性体と前記電気機械変換素子と
を加圧及び／又は加熱する工程であること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の振動アク
チュエータの製造方法において、前記吸収工程は、前記弾性体及び前記電気機械変換素子
の接合面からはみ出した前記接合剤を、前記弾性体及び
／又は前記電気機械変換素子の端面に密着させた前記吸
収部材によって吸収する工程であること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれか１
項に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記塗布工程は、はんだを塗布する工程であること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項５】請求項１から請求項４までのいずれか１
項に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記吸収工程は、前記弾性体及び前記電気機械変換素子
よりも前記接合剤に対するぬれ性が大きい多孔質部材に
よって吸収する工程であること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項６】請求項５に記載の振動アクチュエータの
製造方法において、前記吸収工程は、メッシュ状の吸収シートによって吸収
する工程であること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項７】請求項６に記載の振動アクチュエータの
製造方法において、前記吸収シートは、金属製であること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項８】請求項７に記載の振動アクチュエータの
製造方法において、前記吸収シートは、少なくとも前記接合剤と密着する部
分が銅又は銅合金であること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
【請求項９】請求項７に記載の振動アクチュエータの
製造方法において、前記吸収シートは、少なくとも前記接合剤と密着する部
分がニッケル又はニッケル合金であること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。